CN107000025B - 坯料、成形品、模具以及坯料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种坯料，其是通过对金属板(30)进行剪切加工而制造的冲压成形用的板状的坯料(10)。坯料(10)具有剪切加工面(14)，该剪切加工面(14)沿着板厚方向具有剪切面(14b)和断裂面(14c)，且该剪切加工面(14)在俯视时形成为环状。在俯视时，剪切加工面(14)的边缘具有弯曲成凹状的弯曲部(20)。弯曲部(20)处的断裂面(14c)的板厚方向上的长度的平均值比剪切加工面(14)的整周上的断裂面(14c)的板厚方向上的长度的平均值大。

Description

坯料、成形品、模具以及坯料的制造方法
技术领域
本发明涉及冲压成形用的坯料、由该坯料制造成的成形品、用于制造该坯料的模具、以及该坯料的制造方法。
背景技术
在制造在汽车、家电产品以及建筑构造物等中使用的构件的过程中，通过冲压成形等塑性加工将坯料(原材料)成形成预定的形状。在大量生产上述坯料的情况下，通过例如剪切加工将金属板切断成预定的形状。
图1中示意性地表示通过剪切加工切断金属板之际的形态。如图1的(a)所示，在对金属板1进行剪切加工之际，首先，将金属板1载置于阴模2之上。之后，如图1的(b)所示，使冲头3向大致垂直于金属板1的表面的方向(箭头D所示的方向)移动而切断金属板1。
图2是表示通过剪切加工切断后的金属板的剪切加工面的一个例子的概略剖视图。如图2所示，金属板1的剪切加工面4例如包括塌角部4a、剪切面4b和断裂面4c。剪切面由于剪切加工而大幅度塑性变形。此外，在图2所示的例子中，由于剪切加工，在金属板1的背面侧产生了飞边(毛刺)5。
如上所述，剪切加工面具有由于剪切加工而大幅度塑性变形的剪切面。因此，与通过切削加工和磨削加工形成的加工面相比，剪切加工面难以进行拉伸变形，而易于产生拉伸折边裂纹(在剪切加工和切削加工等加工后的冲压加工中，由于加工面拉伸而在该加工面产生的裂纹)。以下，使用附图来说明拉伸折边裂纹。
图3是用于说明拉伸折边成形的图，图3的(a)是表示拉伸折边成形前的金属板的立体图，图3的(b)和图3的(c)是表示拉伸折边成形后的金属板的立体图。
参照图3的(a)，通过剪切加工切断金属板6，在外周缘形成有剪切加工面6a。另外，在金属板6的外周缘设置有具有在俯视时呈大致L字状的周缘的凹部6b。凹部6b的周缘包括直线部6c、弯曲部6d和直线部6e。在图3的(a)中，长度X1、长度Y1和长度Z1分别表示直线部6c、弯曲部6d和直线部6e的长度。
参照图3的(a)和图3的(b)，在对凹部6b的周缘部分以产生面外变形的方式实施了拉伸折边成形的情况下，直线部6c和直线部6e的长度X1、Z1不变化，但弯曲部6d的长度成为比长度Y1大的长度Y2。即，在弯曲部6d处剪切加工面6a拉伸变形。由此，有时在弯曲部6d处会产生拉伸折边裂纹。
参照图3的(a)和图3的(c)，在对凹部6b的周缘部分以产生面内变形的方式实施了拉伸折边成形的情况下，直线部6c和直线部6e的长度X1、Z1不变化(或大致不变化)，但弯曲部6d的长度成为比长度Y1大的长度Y3。即，在弯曲部6d处剪切加工面6a拉伸变形。由此，有时在弯曲部6d处会产生拉伸折边裂纹。
上述那样的拉伸折边裂纹的产生尤其是在通过冲压成形来制造家电用和汽车用的各种零部件之际成为问题。近年来，要求上述那样的零部件进一步的轻量化，大多使用了具有780MPa级钢板以上的强度的薄钢板。因此，尤其期望的是，抑制在对上述那样的高强度钢板进行冲压成形之际产生拉伸折边裂纹。不过，公知的是拉伸折边裂纹也在低强度的钢板中产生，无论钢板的强度如何，都需要防止拉伸折边裂纹。因此，迄今为止提出了很多抑制剪切加工面上的拉伸折边裂纹的产生的技术。
例如，在专利文献1所公开的冲裁用工具中，在冲头的切刃部的顶端部设置有凸状的弯曲刃。在利用具有上述的结构的冲头切断被加工材料之际，能够利用弯曲刃对由切刃部切断的部分施加拉伸应力。在该情况下，能够利用上述拉伸应力促进由于切刃部和阴模肩而在被加工材料产生的龟裂的进展。由此，被加工材料不压缩而由切刃部切断，因此，能够改善冲孔的扩孔性。其结果，认为能够抑制剪切加工面上的拉伸折边裂纹的产生。
专利文献2所公开的剪床剪切刃具有主剪切刃和相对于主剪切刃向刃的行进方向突出的顶端部突起。在利用具有上述的结构的剪床剪切刃切断被加工板之际，能够利用顶端部突起对由主剪切刃切断的部分施加张力。由此，在专利文献2的剪床剪切刃中也可获得与上述专利文献1的冲头同样的效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-095980号公报
专利文献2：日本特开2006-231425号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，专利文献1和2所记载的技术对抑制拉伸折边裂纹是有效的。然而，本发明人经各种研究，结果得知：在使用专利文献1和2的技术切断了的被加工材料中，易于以除了实施拉伸折边成形的部分以外的部分为起点产生疲劳破坏。具体而言，在使用专利文献1和2的技术切断了的被加工材料中，剪切加工面中的断裂面的比例变大。断裂面一般具有许多龟裂。本发明人经各种研究，结果得知：易于以在断裂面形成的上述的龟裂为起点产生疲劳破坏。因此，在通过专利文献1和2的技术切断了的被加工材料中存在疲劳强度降低这样的问题。
本发明的目的在于提供一种能够在冲压成形时抑制拉伸折边裂纹的产生且能够抑制疲劳强度的降低的坯料、对该坯料进行冲压成形而获得的冲压成形品、用于制造该坯料的模具、以及该坯料的制造方法。
用于解决问题的方案
(1)本发明的一实施方式的坯料是通过对金属板进行剪切加工而制造成的冲压成形用的板状的坯料，该坯料具有剪切加工面，该剪切加工面沿着板厚方向具有剪切面和断裂面，且该剪切加工面在俯视时形成为环状，在俯视时所述剪切加工面的边缘具有弯曲成凹状的弯曲部，所述弯曲部处的所述断裂面的板厚方向上的长度的平均值比所述剪切加工面的整周上的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值大。
在上述的坯料中，在弯曲部处断裂面的板厚方向上的长度变大。换言之，于在冲压成形时易于拉伸变形的部分，能够缩小剪切面的比例。由此，弯曲部易于拉伸变形，因此，即使弯曲部进行拉伸折边成形，也能够抑制在弯曲部处产生拉伸折边裂纹。另外，对于除了弯曲部以外的部分，与弯曲部相比，能够缩小断裂面的比例。换言之，能够增大加工硬化后的剪切面的比例。由此，在除了弯曲部以外的部分，可获得充分的疲劳强度。另一方面，对于弯曲部，断裂面的比例较大。因此，在冲压成形前的状态下，弯曲部的疲劳强度降低。不过，在冲压成形时产生由拉伸折边成形导致的加工硬化，弯曲部的疲劳强度变高。其结果，不使疲劳强度降低，就能够抑制拉伸折边裂纹的产生。
(2)也可以是，在以所述弯曲部的所述剪切加工面的周向上的中心点或在俯视时所述弯曲部的曲率最大的点作为所述弯曲部的基准点的情况下，以该基准点为中心，所述周向的预定的长度的范围内的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值比所述剪切加工面的整周上的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值大。
在该情况下，能够抑制在弯曲部的中心部(位置上的中心部或曲率变大的部分)产生拉伸折边裂纹。
(3)也可以是，所述预定的长度的范围内的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值比所述剪切加工面的整周上的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值大出所述板厚的10％以上。
在该情况下，能够充分地抑制在弯曲部的中心部产生拉伸折边裂纹。
(4)也可以是，所述剪切加工面在所述板厚方向上还包括塌角部，该塌角部以将所述剪切面夹在中间的方式位于与所述断裂面相反的一侧，所述预定的长度的范围内的所述塌角部的所述板厚方向上的长度的平均值是所述板厚的20％以下。
通过缩短塌角部的长度，能够更可靠地抑制拉伸折边裂纹的产生。
(5)也可以是，所述预定的长度是该坯料的板厚的50％的长度。
在该情况下，能够更可靠地抑制在弯曲部的中心部产生拉伸折边裂纹。
(6)也可以是，所述预定的长度是所述板厚的2000％的长度。
在该情况下，能够抑制在弯曲部内的足够的范围内产生拉伸折边裂纹。
(7)也可以是，所述预定的长度的范围是曲率为5m-1以上的部分。
在该情况下，于在冲压成形时拉伸折边变形变大的弯曲部处也能够充分地防止拉伸折边裂纹的产生。
(8)也可以是，所述金属板具有通过冲孔加工形成的孔，所述剪切加工面形成于所述孔的边缘。
在该情况下，即使是对通过冲孔加工形成的孔的周边部进行拉伸折边成形的情况下，也能够防止在孔的边缘产生拉伸折边裂纹。另外，能够抑制疲劳强度在孔的周边降低。
(9)也可以是，所述金属板具有通过冲裁加工形成的外周缘，所述剪切加工面形成于所述外周缘。
在该情况下，即使是对通过冲裁加工形成的坯料的外周缘进行拉伸折边成形的情况下，也能够防止在该外周缘产生拉伸折边裂纹。另外，能够抑制疲劳强度在该外周缘的周边降低。
(10)也可以是，所述弯曲部是在冲压成形时进行拉伸变形的部分。
在该情况下，能够在进行拉伸变形的部分防止拉伸折边裂纹的产生，并且，能够在其他部分可靠地防止疲劳强度的降低。
(11)本发明的另一实施方式的成形品是对上述的坯料实施冲压成形而成的成形品。
上述的成形品的拉伸折边裂纹被防止且具有充分的疲劳强度。
(12)本发明的另一实施方式的模具具有柱状的冲头和所述冲头能够插入的中空状的阴模，通过使所述冲头向预定方向移动而对载置到阴模上的金属板进行剪切加工，其中，所述冲头具有：底面，其外周缘成为切断刃；以及外周面，其从所述外周缘沿着与所述预定方向平行的方向延伸，所述外周缘包括在俯视时弯曲成凸状或凹状的弯曲部，所述底面包括：平面部；以及缺口部，其设置成从该平面部向所述预定方向凹陷且在俯视时包含所述弯曲部。
在使用上述的模具来对金属板进行剪切加工(冲孔加工或冲裁加工)的情况下，例如，使冲头的底面压入载置到阴模上的金属板。由此，首先，平面部的外缘与金属板的表面接触，在该接触部处，在金属板形成剪切面。另外，在阴模与金属板的背面接触的接触部中的、与平面部的外缘相对的部分，在金属板形成剪切面。在冲头的压入量较小的时间点，金属板的表面中的与缺口部相对的部分不与冲头接触，在该部分不形成剪切面。另外，在阴模与金属板的背面接触的接触部中的、位于缺口部的下方的部分没有施加较大的力，因此，在该部分也没有形成剪切面。
通过进一步压入冲头，在金属板的表面的与平面部的外缘接触的接触部产生龟裂。该龟裂沿着板厚方向进展，在金属板的表面侧形成断裂面。另外，在阴模与金属板的背面接触的接触部中的、与平面部的外缘相对的部分，在金属板产生龟裂。该龟裂沿着板厚方向进展，在金属板的背面侧形成断裂面。另一方面，缺口部也与金属板的表面接触，在该接触部形成剪切面。另外，在阴模与金属板的背面接触的接触部中的位于缺口部的下方的部分，也在金属板形成剪切面。
通过进一步压入冲头，在金属板的表面侧和背面侧产生的上述的龟裂不仅沿着板厚方向，也朝向金属板中的位于缺口部的下方的部分进展。由此，也在金属板中的位于缺口部的下方的部分形成断裂面。即，在缺口部被大幅度压入金属板之前，在位于缺口部的下方的部分形成断裂面。因此，能够使缺口部的下方的位置的断裂面的板厚方向上的长度比其他部分的断裂面的板厚方向上的长度大。
如上所述，对于由本发明的冲头剪切加工了的金属板中的、利用缺口部切断了的部分，能够增大断裂面的板厚方向上的长度。因而，在冲压成形时利用缺口部切断进行拉伸折边变形的部分，从而能够防止拉伸折边裂纹。另外，对于由平面部切断了的部分，能够缩短断裂面的板厚方向上的长度，因此，能够防止疲劳强度降低。
(13)本发明的又一实施方式的模具具有柱状的冲头和所述冲头能够插入的中空状的阴模，该模具通过使所述冲头向预定方向移动而对载置到阴模上的金属板进行剪切加工，其中，所述阴模具有：中空状的支承面，其用于支承所述金属板且内周缘成为切断刃；以及内周面，其从所述内周缘沿着与所述预定方向平行的方向延伸，所述内周缘包括在俯视时弯曲成凸状或凹状的弯曲部，所述支承面包括：平面部；以及缺口部，其设置成从该平面部向所述预定方向凹陷且在俯视时包含所述弯曲部。
在上述的模具中，在阴模设置有缺口部。在该情况下，也可获得与在冲头设置有缺口部的上述的模具同样的效果。
(14)也可以是，所述缺口部的与所述预定方向平行的方向上的缺口深度是所述金属板的板厚的0.1倍以上且0.7倍以下。
在该情况下，能够使缺口部压入金属板的时刻相对于平面部压入金属板的时刻恰当地延迟。由此，在利用缺口部切断了的部分，能够将断裂面的板厚方向上的长度设为恰当的大小。
(15)本发明的另一实施方式的坯料的制造方法是使用上述的模具来制造冲压成形用的坯料的方法，其中，坯料的制造方法具备如下工序：将金属板载置于所述模具的阴模上的工序；以及使用所述模具的冲头来对载置到所述阴模上的金属板进行剪切加工的工序。
在由上述的制造方法制造成的坯料中，对于由冲头或阴模的缺口部切断了的部分，能够增大断裂面的板厚方向上的长度。因而，通过由缺口部切断在冲压成形时进行拉伸折边变形的部分，能够防止拉伸折边裂纹。另外，对于由冲头或阴模的平面部切断了的部分，能够缩短断裂面的板厚方向上的长度，因此，能够防止疲劳强度降低。
(16)本发明的又一实施方式的坯料的制造方法是使用上述的模具来制造本发明的实施方式的坯料的方法，其中，该坯料的制造方法具备如下工序：将金属板载置于所述模具的阴模上的工序；以及使用所述模具的冲头来对载置到所述阴模上的金属板进行剪切加工的工序，在进行剪切加工的所述工序中，通过利用所述冲头所述缺口部或所述阴模的所述缺口部切断所述金属板的一部分，形成所述坯料的弯曲部的至少一部分。
根据上述的制造方法，能够恰当地制造本发明的实施方式的坯料。
发明的效果
根据本发明，不使冲压成形后的疲劳强度降低，就可获得能够在冲压成形时抑制拉伸折边裂纹的产生的坯料。
附图说明
图1是用于说明剪切加工的图。
图2是表示通过剪切加工切断后的金属板的剪切加工面的一个例子的概略剖视图。
图3是用于说明拉伸折边成形的图。
图4是表示本发明的实施方式的坯料的概略立体图。
图5是表示本发明的实施方式的成形品的概略立体图。
图6是表示本发明的实施方式的坯料的图。
图7是表示坯料的弯曲部的放大俯视图。
图8是表示本发明的实施方式的模具的概略立体图。
图9是表示本发明的实施方式的模具的概略立体图。
图10是表示冲头的概略图。
图11是用于说明坯料的制造方法的图。
图12是用于说明坯料的制造方法的图。
图13是用于说明坯料的制造方法的图。
图14是用于说明坯料的制造方法的图。
图15是用于说明坯料的制造方法的图。
图16是表示缺口部的其他结构的图。
图17是表示本发明的另一实施方式的模具的概略立体图。
图18是表示本发明的另一实施方式的坯料的概略立体图。
图19是表示用于制造图18的坯料的模具的一个例子的概略立体图。
图20是表示试验片的俯视图。
图21是比较例1的拉伸折边部处的剪切加工面的照片。
图22是实施例5的拉伸折边部处的剪切加工面的照片。
图23是用于说明拉伸折边试验的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的坯料、成形品、模具以及坯料的制造方法进行说明。此外，本发明的坯料并不限定于特定的材料。作为坯料的材料，能够使用例如钢等金属材料。在使用钢作为坯料的材料的情况下，钢的种类并没有特别限定。对坯料的厚度和强度也没有特别限定，是能够进行剪切加工的厚度和强度即可。
(坯料和成形品的结构)
图4是表示本发明的一实施方式的坯料10的概略立体图。参照图4，板状的坯料10具有俯视大致矩形形状，在中央部具有孔10a。孔10a是通过剪切加工(例如冲孔加工)形成的。因此，在本实施方式中，在坯料10的中央部形成有在俯视时具有环形状的剪切加工面。换言之，孔10a由环状的剪切加工面形成。随后论述坯料10的制造方法。
坯料10例如为了形成为汽车用或家电用等的零部件，被进行冲压成形(翻边加工或深拉深加工等)。具体而言，参照例如图4和图5，通过以孔10a为中心对坯料10实施拉伸折边成形，制造具有凸缘部12a的成形品12。以下，更具体地说明坯料10。
图6的(a)是表示坯料10的俯视图，图6的(b)是图6的(a)的A-A线放大剖视图。在图6的(b)中，以箭头X表示坯料10的板厚方向。在以下的说明中，将坯料10的板厚方向设为坯料10的上下方向。
参照图6，坯料10具有彼此大致平行且相对于板厚方向垂直地延伸的表面10b和背面10c。剪切加工面14从坯料10的表面10b侧沿着板厚方向依次具有塌角部14a、剪切面14b和断裂面14c。在本实施方式中，在坯料10的背面10c侧形成有飞边16。在本实施方式中，将从坯料10的背面10c向下方突出的部分设为飞边16。另外，在本实施方式中，将从孔10a的表面10b侧的周缘到飞边16的上端的部分设为剪切加工面14。因而，在本实施方式中，剪切加工面14的板厚方向上的长度与坯料10的板厚t(表面10b与背面10c之间的上下方向的距离)相等。
参照图6的(a)，在俯视时，孔10a的周缘(剪切加工面14的内缘)具有多个直线部18和多个弯曲部20。在本实施方式中，孔10a的周缘(剪切加工面14的内缘)具有4个直线部18和4个弯曲部20。在俯视时弯曲部20在直线部18与直线部18之间呈凹状弯曲。在本实施方式中，弯曲部20以凹陷成圆弧状的方式弯曲。参照图5和图6的(a)，各弯曲部20是在拉伸折边成形时拉伸变形的部分。此外，以弯曲部的曲率的符号改变的部位或曲率为零的部位为边界来定义弯曲部的范围。即，在俯视时求出了剪切加工面14的内缘的曲率的情况下，弯曲成凹状的弯曲部的两端是曲率的符号改变的点、或曲率为零的点。
图7是表示坯料10的弯曲部20(图6的(a)中以单点划线包围的部分)的放大俯视图。此外，在图7中，以箭头Y表示剪切加工面14的周向。
参照图6的(b)和图7，在坯料10中，弯曲部20处的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值比剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值大。
弯曲部20处的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值如以下那样求出。首先，将弯曲部20沿着剪切加工面14的周向均等分割成5个区域。然后，在相邻的区域的边界部，对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。即，在弯曲部20中，沿着剪切加工面14的周向在位置不同的4个部位对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。之后，算出所测定的4个部位的长度的平均值而作为弯曲部20处的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值。关于弯曲部20处的塌角部14a和剪切面14b的板厚方向上的长度的平均值，也能够同样地求出。
另外，剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值如以下那样求出。首先，将剪切加工面14沿着周向以预定的宽度均等分割成多个区域。然后，在相邻的区域的边界部，对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。即，沿着剪切加工面14的周向在位置不同的多个部位对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。之后，算出所测定的多个部位的长度的平均值，作为剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值。此外，上述预定的宽度设定成，成为最接近将弯曲部20沿着上述周向等分割成5个区域的情况下的宽度的长度。关于剪切加工面14的整周上的塌角部14a和剪切面14b的板厚方向上的长度的平均值，也能够同样地求出。
参照图7，优选的是，以如下述那样定义的基准点22为中心，剪切加工面14的周向的预定的长度的范围R内的断裂面14c(参照图6的(b))的板厚方向上的长度的平均值比剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值大。基准点22定义为剪切加工面14的周向上的弯曲部20的中心点、或在俯视时弯曲部20的曲率最大的点。范围R的上述预定的长度例如是坯料10的板厚的50％的长度、100％的长度、1000％的长度、或2000％的长度。另外，例如，也可以将弯曲部20中曲率为5m-1以上的部分所持续的范围定义为上述预定的长度的范围R。该情况下的范围R能够通过利用曲度规测定弯曲部20的曲率来决定。
在本实施方式中，范围R内的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值比剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值大出坯料10的板厚的10％以上。另外，在本实施方式中，范围R内的塌角部14a的板厚方向上的长度的平均值是坯料10的板厚的20％以下。此外，范围R内的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值如以下那样求出。首先，将范围R内的剪切加工面14沿着周向均等分割成5个区域。然后，在相邻的区域的边界部，对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。即，在范围R内，沿着剪切加工面14的周向在位置不同的4部位对断裂面14c的板厚方向上的长度进行测定。之后，算出所测定的4个部位的长度的平均值，而作为范围R内的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值。关于范围R内的塌角部14a和剪切面14b的板厚方向上的长度的平均值，也能够同样地求出。
(坯料和成形品的效果)
在坯料10中，在弯曲部20处断裂面14c的板厚方向上的长度变大。换言之，对于在冲压成形时易于拉伸变形的部分，能够缩小剪切面14b的比例。由此，弯曲部20易于拉伸变形，因此，即使弯曲部20进行拉伸折边成形，也能够抑制在弯曲部20产生拉伸折边裂纹。另外，对于除了弯曲部20以外的部分，与弯曲部20相比，能够缩小断裂面14c的比例。换言之，能够增大加工硬化了的剪切面14b的比例。由此，在除了弯曲部20以外的部分，能够获得充分的疲劳强度。另一方面，对于弯曲部20，断裂面14c的比例较大。因此，在冲压成形前的状态下，弯曲部20的疲劳强度降低。不过，在冲压成形时产生由拉伸折边成形导致的加工硬化，弯曲部20的疲劳强度变高。其结果，在冲压成形后的成形品12中能够获得充分的疲劳强度。其结果，能够抑制成形品12的疲劳强度降低且抑制在从坯料10制造成形品12之际产生拉伸折边裂纹。
在坯料10中，例如范围R内的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值设定得比剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值大。在该情况下，能够抑制在弯曲部20的中心部(位置上的中心部或曲率变大的部分)产生拉伸折边裂纹。
在坯料10中，范围R内的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值比剪切加工面14的整周上的断裂面14c的板厚方向上的长度的平均值大出坯料10的板厚的10％以上。由此，能够充分地抑制在弯曲部20的中心部产生拉伸折边裂纹。
在坯料10中，范围R内的塌角部14a的板厚方向上的长度的平均值是坯料10的板厚的20％以下。由此，能够更可靠地抑制拉伸折边裂纹的产生。
在坯料10中，范围R的上述预定的长度例如设定成坯料10的板厚的50％的长度。在该情况下，能够更可靠地抑制在弯曲部20的中心部产生拉伸折边裂纹。另外，范围R的上述预定的长度例如也可以设定成坯料10的板厚的2000％的长度。在该情况下，能够抑制在弯曲部20内的足够的范围内产生拉伸折边裂纹。而且，范围R例如也可以是曲率为5m-1以上的部分。在该情况下，也能够充分地防止在冲压成形时拉伸折边变形变大的弯曲部20产生拉伸折边裂纹。
此外，在坯料10中，设置有多个弯曲部20，但在任意一个弯曲部20满足本发明的要件即可。因而，多个弯曲部20中的某弯曲部20也可以不满足本发明的要件。
(用于制造坯料的模具和坯料的制造方法)
以下，对用于制造上述的坯料10的模具和使用了该模具的坯料10的制造方法进行说明。
图8和图9是表示本发明的一实施方式的模具24的概略立体图。参照图8，模具24包括柱状的冲头26和具有冲头26能够插入的孔28a的中空状的阴模28。详细情况随后论述，但参照图8，在制造上述的坯料10之际，首先，将俯视矩形形状的金属板30载置于阴模28上。之后，参照图8和图9，使冲头26沿着金属板30的板厚方向(在图8中箭头Z所示的方向)移动，以冲头26的下端部插入孔28a的方式利用冲头26压入金属板30的中央部。由此，金属板30的中央部被切断(剪切加工)，形成孔10a(参照图4)。即，制造成上述的坯料10(参照图4)。以下，具体地说明冲头26和阴模28。此外，在以下的说明中，将对金属板30进行剪切加工之际的冲头26的移动方向(以箭头Z表示的方向)设为上下方向。另外，将相对于该上下方向垂直的方向设为侧方。
图10是表示冲头26的概略图，(a)是冲头26的侧视图，(b)是冲头26的仰视图。
参照图10，冲头26具有底面32和从底面32的外周缘32a向上方延伸的外周面34。在冲头26中，底面32的外周缘32a成为切断刃。因此，外周缘32a以能够形成孔10a(参照图4)的方式与孔10a同样地具有俯视大致矩形形状。
参照图10的(b)，底面32的外周缘32a包括在仰视(俯视)时弯曲成凸状的多个(在本实施方式中是4个)弯曲部36。在本实施方式中，在大致矩形形状的外周缘32a的4个角部分别设置有弯曲部36。
参照图10的(a)、(b)，底面32包括平面部38和从平面部38向上方(与冲头26的移动方向平行的方向)凹陷的多个缺口部40。参照图10的(a)，各缺口部40在侧视时具有矩形形状。更具体而言，参照图10的(a)、(b)，各缺口部40具有从平面部38向上方延伸的侧壁部40a、40b、40c和设置成连接侧壁部40a、40b、40c的上缘的顶部40d。侧壁部40a、40b、40c设置为在仰视时形成大致U字形状。在本实施方式中，侧壁部40a和侧壁部40b以彼此相对的方式设置，以连接侧壁部40a的一端部和侧壁部40b的一端部的方式设置有侧壁部40c。顶部40d与平面部38大致平行地设置。参照图10的(b)，各缺口部40形成为，在仰视(俯视)时包含弯曲部36的中心(顶点)。
参照图10的(a)，优选的是缺口部40的缺口深度d设定成金属板30(参照图9)的板厚的0.1倍以上且0.7倍以下。参照图10的(b)，缺口部40的宽度w根据坯料10(参照图6)的弯曲部20(参照图6)的尺寸适当地设定，但优选的是设定成金属板30的板厚的50％～2000％的大小，更优选的是设定成100％～1000％的大小。另外，优选的是，以在切断金属板30之际缺口部40的宽度方向上的中心线位于坯料10的弯曲部20的基准点22上的方式构成模具24。优选缺口部40的长度L是金属板30的板厚以上。
参照图8，阴模28具有支承金属板30的中空状的支承面42和从支承面42的内周缘42a向下方延伸的内周面44。在阴模28中，支承面42的内周缘42a成为切断刃。支承面42的内周缘42a具有与底面32的外周缘32a相似的形状，具有与外周缘32a的多个弯曲部36相对应的多个弯曲部46。弯曲部46具有以与弯曲部36的形状相对应的方式弯曲成凹状的形状。冲头26与阴模28之间的间隙(即，外周缘32a与内周缘42a之间的间隙)例如设定成金属板30的板厚的约10％的大小。
以下，参照附图同时具体地说明由上述的模具24进行的坯料10的制造方法。图11～图15是表示制造坯料10之际的、冲头26、阴模28和金属板30的关系的概念图。具体而言，图11～图15中的图(a)是表示冲头26的弯曲部36(参照图8)附近的外周面34(参照图8)、阴模28的弯曲部46(图8)附近的内周面44(参照图8)、以及金属板30的位于弯曲部36(图8)与弯曲部46(参照图8)之间的部分的关系的概念图。图11～15中的图(b)是表示冲头26的平面部38、阴模28的支承面42、以及金属板30的位于平面部38与支承面42之间的部分的关系的概念图(相当于图11的(a)的以b-b线表示的部分的概念图)。图11～15中的图(c)是表示冲头26的缺口部40、阴模28的支承面42以及金属板30的位于缺口部40与支承面42之间的部分的关系的概念图(相当于图11的(a)的以c-c线表示的部分的概念图)。此外，在图11～15中的图(a)中，为了使位置关系明确，在金属板30标注剖面线。
参照图8，如上述那样，在制造坯料10之际，首先，将金属板30载置在阴模28的支承面42上。之后，如图11和图12所示，使冲头26移动，使冲头26的平面部38压入金属板30。由此，利用平面部38的外缘，在金属板30的表面侧形成剪切面48(参照图12)。另外，在阴模28与金属板30的背面接触的接触部中的与平面部38的外缘相对的部分，利用阴模28的支承面42的内周缘42a形成剪切面50。如图12的(a)、(c)所示，在冲头26的压入量较小的时间点，缺口部40的顶部40d不与金属板30接触。因此，在金属板30中的、与缺口部40相对的部分没有形成剪切面。另外，较大的力没有施加于阴模28与金属板30之间的接触部中的、位于缺口部40的下方的部分，因此，在该部分也没有形成剪切面。
如图13的(a)、(b)所示，通过进一步压入冲头26，金属板30的表面中的与平面部38的外缘接触的接触部产生龟裂52。另外，如图13的(a)、(c)所示，缺口部40的顶部40d也与金属板30的表面接触。由此，在顶部40d与金属板30接触的接触部，在金属板30形成剪切面54。而且，如图13的(a)～(c)所示，在阴模28的支承面42的内周缘42a与金属板30接触的接触部，在金属板30产生龟裂56。
通过使冲头26进一步压入，龟裂52、56沿着金属板30的板厚方向进展，如图14的(a)、(b)所示，在金属板30的表面侧和背面侧形成断裂面58、60。如图14的(a)、(c)所示，龟裂52、56(参照图13)不仅沿着板厚方向发展，也朝向金属板30与缺口部40接触的接触部那一侧发展。由此，在缺口部40的下方也形成断裂面58、60。即，在缺口部40被大幅度压入金属板30前，能够在金属板30中的位于缺口部40的下方的部分形成足够大的断裂面14c(参照图6)。最后，通过如图15所示那样进一步压入冲头26，断裂面58、60进一步发展，金属板30的一部分被切断。由此，坯料10完成。
(模具和使用了该模具的制造方法的效果)
在通过使用了模具24的上述的制造方法制造坯料10的情况下，在缺口部40被大幅度压入金属板30前，能够在金属板30中的位于缺口部40的下方的部分形成足够大的断裂面14c。由此，缺口部40的下方的位置的断裂面14c的板厚方向上的长度能够比其他部分的断裂面14c的板厚方向上的长度大。因而，通过由缺口部40切断在冲压成形时进行拉伸折边变形的部分，能够防止拉伸折边裂纹。另外，关于由平面部38切断后的部分，能够缩短断裂面14c的板厚方向上的长度，因此，能够防止疲劳强度降低。
在模具24中，缺口部40的缺口深度例如设定成金属板30的板厚的0.1倍以上且0.7倍以下。在该情况下，能够使缺口部40压入金属板30的时刻相对于平面部38压入金属板30的时刻恰当地延迟。由此，在由缺口部40切断了的部分，能够将断裂面14c的板厚方向上的长度设为恰当的大小。
本发明的模具24仅局部地变更以往的冲头的切断刃(相当于底面32的外周缘32a的部分)的形状就能够进行制造。因此，与在冲头设置突出部的情况(参照例如上述的专利文献1)相比，能够降低模具的制作成本。另外，在各种形状的剪切加工工具中，也不用考虑整体的工具形状就可以，因此，能够容易地适用于批量生产现场。而且，在由于冲压成形产生了拉伸折边裂纹时，在冲头中，能够在与坯料的产生了上述裂纹的位置相对应的部分利用立铣刀等添加新的缺口部40。由此，能够通过现场应对来解决拉伸折边裂纹。出于这点，也能够容易地适用于批量生产现场。对于后述的其他冲头和具有缺口部的后述的阴模也是同样的。
此外，优选的是，预先进行数值计算或拉伸折边试验来确定坯料的剪切加工面中的易于产生拉伸折边裂纹的部位。然后，可以以利用缺口部切断上述确定好的部位的方式构成模具。在该情况下，能够降低模具的制造成本和坯料的加工成本。
(模具的另一个例子)
在上述的实施方式中，对冲头26具有侧视呈矩形形状的缺口部40的情况进行了说明，但缺口部的形状并不限定于上述的例子。例如，如图16的(a)所示，也可以在冲头设置具有侧视梯形形状的缺口部62。此外，与缺口部40同样地，缺口部62具有侧壁部62a、62b、62c和顶部62d。侧壁部62a、62b以在侧视时越朝向上侧、间隔慢慢地变窄的方式倾斜。此外，本发明人进行各种研究的结果，为了利用缺口部62使龟裂效率良好地进展，优选侧壁部62a、62b相对于铅垂面的倾斜角度是30°以下。
另外，例如，如图16的(b)所示，也可以在冲头设置具有侧视半圆形状的缺口部64。另外，例如，如图16的(c)所示，也可以在冲头设置在平面部38与侧壁部66a、66b的边界部具有R部66c、66d的缺口部66。在该情况下，能够防止缺口部66与平面部38之间的边界部的损伤。此外，优选的是R部66c、66d的曲率半径是0.01mm～0.1mm。另外，例如，如图16的(d)所示，也可以在冲头设置在平面部38与侧壁部68a、68b的边界部具有倒角部68c、68d的缺口部68。在该情况下，也能够防止缺口部68与平面部38之间的边界部的损伤。
在上述的实施方式中，对具有多个缺口部40的冲头26进行了说明，但也可以在阴模设置缺口部来替代在冲头设置缺口部。
图17是表示本发明的另一实施方式的模具24a的概略立体图。图17所示的模具24a与图8所示的模具24不同的点在于，具有冲头70来替代冲头26这点和具有阴模72来替代阴模28这点。
冲头70与冲头26不同的点在于，不具有多个缺口部40(参照图8)。阴模72与阴模28不同的点在于，在各弯曲部46具有呈与缺口部40的形状同样的形状的缺口部74。省略详细的说明，但在使用模具24a来制造坯料10的情况下，也可获得与使用上述的模具24来制造坯料10的情况同样的效果。
(坯料的另一个例子)
在上述的实施方式中，对具有通过冲孔加工形成的孔10a的坯料10进行了说明，但坯料的形状并不限定于上述的例子。本发明也能够适用于在外周缘形成剪切加工面的坯料，例如在外周缘具有通过冲裁加工形成的剪切加工面的坯料。
图18是表示本发明的另一实施方式的坯料的概略立体图。参照图18，板状且纵长状的坯料76的长度方向的中央部具有比长度方向的两端部细的形状。坯料76例如是通过冲裁加工制造的，在外周缘具有在俯视时呈环形状的剪切加工面78。在俯视时，剪切加工面78的外缘具有弯曲成凹状的多个弯曲部80。省略详细的说明，但剪切加工面78具有与坯料10的剪切加工面14的结构同样的结构，弯曲部80具有与坯料10的弯曲部20的结构同样的结构。因而，在坯料76中，也可获得与上述的坯料10同样的效果。
接着，对用于制造上述的坯料76的模具进行说明。
图19是表示用于制造坯料76的模具的一个例子的概略立体图。参照图19，模具82包括柱状的冲头84和具有冲头84能够插入的孔86a的阴模86。
参照图19，冲头84具有底面88和从底面88的外周缘88a向上方延伸的外周面90。在冲头84中，底面88的外周缘88a成为切断刃。因此，外周缘88a具有与坯料76的形状同样的形状。
底面88的外周缘88a包括在仰视(俯视)时弯曲成凹状的多个(在本实施方式中是两个：在图19中仅图示1个弯曲部92。)弯曲部92。与上述的底面32(参照图10)同样地，底面88包括平面部94和从平面部94向上方(与冲头84的移动方向平行的方向)凹陷的多个(在本实施方式中是两个。)缺口部96。省略详细的说明，但缺口部96具有与上述的缺口部40、62、64、66或68的结构同样的结构。缺口部96形成为，在仰视(俯视)时包含弯曲部92的中心(顶点)。
阴模86具有：支承金属板(未图示)的中空状的支承面98；从支承面98的内周缘98a向下方延伸的内周面100。在阴模86中，支承面98的内周缘98a成为切断刃。支承面98的内周缘98a具有与底面88的外周缘88a相似的形状，具有与外周缘88a的多个弯曲部92相对应的多个弯曲部102。弯曲部102具有以与弯曲部92的形状相对应的方式弯曲成凸状的形状。冲头84与阴模86之间的间隙例如设定成金属板的板厚的约10％的大小。
在模具82中，冲头84也与上述的冲头26同样地具有缺口部96。由此，在模具82中也可获得与上述的模具24同样的效果。此外，与图17的模具24a同样地，也可以在阴模86的弯曲部102设置各缺口部来替代在冲头84设置缺口部96。在该情况下，也可获得与模具82同样的效果。
实施例
以下，利用实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于下述的实施例。
(第1实施例)
利用图8所示的冲头(缺口部的形状是矩形。开口宽度：0～15mm，缺口部长度：0～冲头底部整个区域，作为刀尖与缺口部的边界线的角部呈R1.0的圆度)在板厚1.6mm的780MPa级的冷轧钢板(被加工材料)形成与图4所示的孔10a同样的形状的孔(30mm×30mm、弯曲部(R部)的曲率半径为5mm)，制作成实施例1～12的坯料。而且，除了不具有缺口部这点之外，使用具有与图8的冲头的结构同样的结构的冲头来制作出比较例1的坯料。另外，利用专利文献2所记载的冲头制作出比较例2的坯料。阴模与冲头之间的间隙设定成被加工材料的板厚的10％。
使用棱线弯曲的棱台状的翻边用冲头(未图示)对如上述那样制作成的坯料进行翻边加工，形成了图5所示那样的凸缘部(翻边部)(翻边试验)。在翻边试验中，对在剪切加工面产生裂纹的极限的翻边高度进行测定，评价了拉伸折边性。
为了调查剪切加工部的疲劳强度，如图20所示那样切出试验片并实施了平面弯曲疲劳试验。疲劳试验片是通过切削加工切出来的。对切削加工部实施研磨加工而增加了平坦度。对剪切加工部(相当于由冲头形成的孔的部分)没有实施研磨加工。将施加于试验片表层的应力的最大值(根据弯矩算出)设为评价值，将应力比设定成-1。对于疲劳强度，将达到了1000万次寿命的时间点的断裂极限的应力评价为疲劳极限。
将用于冲孔加工的冲头的缺口部的结构和翻边试验的结果表示在表1中。另外，在表2中示出相当于拉伸折边部的位置的剪切加工面中的塌角率、剪切面率以及断裂面率和不相当于拉伸折边部的位置的剪切加工面中的塌角率、剪切面率以及断裂面率。在此，拉伸折边部设为相当于在图7中进行了说明的弯曲部20的部分(4个角部)。此外，用于参考，在图21和图22中示出比较例1和实施例5的拉伸折边部处的剪切加工面的外观照片。
[表1]
表1
[表2]
表2
作为翻边试验的结果，在缺口部的缺口深度相对于坯料的板厚的比例(％)处于10％～70％的范围内的实施例2～12的坯料中，与比较例1的坯料相比，翻边高度变高。另外，对于在剪切加工面的整周使断裂面率提高了的比较例2的坯料，在剪切加工面的除了拉伸折边成形部外的部分产生龟裂，疲劳强度降低了。另一方面，在实施例1～12的坯料中，在除了拉伸折边成形部以外的部分也没有产生龟裂，疲劳强度也没有降低。
在本实施例中，使用了板厚1.6mm的780MPa级的冷轧钢板，但本发明人实验性地确认了如下内容：即使使用其他板厚和强度的钢板，也可获得同样的效果。
(第2实施例)
使用图19所示的冲头84来对板厚1.6mm的590MPa级的冷轧钢板(被加工材料)进行剪切加工，制作了具有与图18所示的坯料76的形状同样的形状的实施例1～12的坯料。而且，除了不具有缺口部这点之外，使用具有与图19的冲头84的结构同样的结构的冲头来制作出比较例1的坯料。阴模与冲头之间的间隙设定成被加工材料的板厚的10％。
在图23的(a)中示出拉伸折边试验的形态，在图23的(b)中示出拉伸折边加工品的形状。如图23的(a)所示，在拉伸折边试验中，将坯料108载置到支承于垫板104的阴模106。然后，利用冲头110按压坯料108，进行折边成形，制作出图23的(b)所示的拉伸折边加工品112。
以拉伸折边高度h1不同的各种条件(5mm、10mm、15mm、20mm和25mm)、即随着拉伸折边试验而产生的剪切加工面上的塑性变形量不同的5个条件进行了拉伸折边试验。
将在剪切加工中使用的冲头的缺口部的结构和拉伸折边试验的结果表示在表3中。另外，在表4中示出相当于拉伸折边部的位置的剪切加工面上的塌角率、剪切面率以及断裂面率和不相当于拉伸折边部的位置的剪切加工面上的塌角率、剪切面率以及断裂面率。
[表3]
表3
[表4]
表4
作为拉伸折边试验的结果，在实施例1～12的坯料中，在剪切加工面没有产生拉伸折边裂纹。另一方面，在比较例1的坯料中，产生了拉伸折边裂纹。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种工具制作成本较低、可容易地适用于批量生产现场、且能在剪切加工面抑制拉伸折边裂纹的剪切加工方法。因而，本发明在钢材加工产业中可利用性较高。

Claims (13)

1.一种坯料，其是通过对金属板进行剪切加工而制造成的冲压成形用的板状的坯料，其中，
该坯料具有剪切加工面，该剪切加工面沿着板厚方向具有剪切面和断裂面，且该剪切加工面在俯视时形成为环状，
在俯视时所述剪切加工面的边缘具有弯曲成凹状的弯曲部，
在以所述剪切加工面的周向上的所述弯曲部的中心点或在俯视时所述弯曲部的曲率最大的点为所述弯曲部的基准点的情况下，
以所述基准点为中心的所述周向上的预定的长度的范围的所述断裂面的板厚方向上的长度的平均值比所述剪切加工面的整周上的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值大出所述坯料的板厚的10％以上，
所述预定的长度是所述板厚的50％的长度、所述板厚的100％的长度、所述板厚的1000％的长度或者所述板厚的2000％的长度。
2.一种坯料，其是通过对金属板进行剪切加工而制造成的冲压成形用的板状的坯料，其中，
该坯料具有剪切加工面，该剪切加工面沿着板厚方向具有剪切面和断裂面，且该剪切加工面在俯视时形成为环状，
在俯视时所述剪切加工面的边缘具有弯曲成凹状的弯曲部，
在以所述剪切加工面的周向上的所述弯曲部的中心点或在俯视时所述弯曲部的曲率最大的点为所述弯曲部的基准点的情况下，
以所述基准点为中心的所述周向上的预定的长度的范围的所述断裂面的板厚方向上的长度的平均值比所述剪切加工面的整周上的所述断裂面的所述板厚方向上的长度的平均值大出所述坯料的板厚的10％以上，
所述预定的长度是曲率为5m-1以上的部分。
3.根据权利要求1或2所述的坯料，其中，
所述剪切加工面在所述板厚方向上还包括塌角部，该塌角部以将所述剪切面夹在中间的方式位于与所述断裂面相反的一侧，
所述预定的长度的范围内的所述塌角部的所述板厚方向上的长度的平均值是所述板厚的20％以下。
4.根据权利要求1或2所述的坯料，其中，
所述金属板具有通过冲孔加工形成的孔，
所述剪切加工面形成于所述孔的边缘。
5.根据权利要求1或2所述的坯料，其中，
所述金属板具有通过冲裁加工形成的外周缘，
所述剪切加工面形成于所述外周缘。
6.根据权利要求1或2所述的坯料，其中，
所述弯曲部是在冲压成形时进行拉伸变形的部分。
7.一种成形品，其是对权利要求1～6中任一项所述的坯料实施冲压成形而成的。
8.一种模具，其具有柱状的冲头和所述冲头能够插入的中空状的阴模，该模具通过使所述冲头向预定方向移动而对载置到阴模上的金属板进行剪切加工，其中，
所述冲头具有：底面，其外周缘成为切断刃；以及外周面，其从所述外周缘沿着与所述预定方向平行的方向延伸，
所述外周缘包括在俯视时弯曲成凸状或凹状的弯曲部，
所述底面包括：平面部；以及缺口部，其设置成从该平面部向所述预定方向凹陷且在俯视时包含所述弯曲部。
9.根据权利要求8所述的模具，其中，
所述缺口部的与所述预定方向平行的方向上的缺口深度是所述金属板的板厚的0.1倍以上且0.7倍以下。
10.一种模具，其具有柱状的冲头和所述冲头能够插入的中空状的阴模，该模具通过使所述冲头向预定方向移动而对载置到阴模上的金属板进行剪切加工，其中，
所述阴模具有：中空状的支承面，其用于支承所述金属板且内周缘成为切断刃；以及内周面，其从所述内周缘沿着与所述预定方向平行的方向延伸，
所述内周缘包括在俯视时弯曲成凸状或凹状的弯曲部，
所述支承面包括：平面部；以及缺口部，其设置成从该平面部向所述预定方向凹陷且在俯视时包含所述弯曲部。
11.根据权利要求10所述的模具，其中，
所述缺口部的与所述预定方向平行的方向上的缺口深度是所述金属板的板厚的0.1倍以上且0.7倍以下。
12.一种坯料的制造方法，其是使用权利要求8～11中任一项所述的模具来制造冲压成形用的坯料的方法，其中，
该坯料的制造方法具备如下工序：
将金属板载置于所述模具的阴模上的工序；以及
使用所述模具的冲头来对载置到所述阴模上的金属板进行剪切加工的工序。
13.一种坯料的制造方法，其是使用权利要求8～11中任一项所述的模具来制造权利要求1～6中任一项所述的坯料的方法，其中，
该坯料的制造方法具备如下工序：
将金属板载置于所述模具的阴模上的工序；以及
使用所述模具的冲头来对载置到所述阴模上的金属板进行剪切加工的工序，
在进行剪切加工的所述工序中，通过利用所述冲头的所述缺口部或所述阴模的所述缺口部切断所述金属板的一部分，形成所述坯料的弯曲部的至少一部分。
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